磁共振弥散张量成像对脊髓损伤的临床应用价值

　　　　 作者：陈蕾 ，刘国利 ，王大维 ，陈延杰

【摘要】 目的：探讨磁共振弥散张量成像(diffusion tensor imaging， DTI)对脊髓损伤的临床应用价值。方法： 选择42例健康志愿者作为对照组和54例脊髓型颈椎病作为病例组进行颈椎常规磁共振成像(MRI)及DTI，分别测量各组表观弥散系数(apparent diffusion coefficient， ADC)、部分各项异性(fractional anisotropy， FA)值，并显示其弥散张量纤维束(diffusion tensor tracking， DTT)。结果：对照组的平均ADC值为(830.34±215.86)×106 mm2/s，平均FA值为(536.03±40.00)×103。脊髓慢性损伤患者平均ADC值为(1107.60±47.55)×106 mm2/s，较对照组升高，有统计学意义(P&<0.01)，平均FA值为(425.91±59.48)×103，较对照组下降，有统计学意义(P&<0.01)。结论：DTI较常规MRI成像能更早显示脊髓的损伤，ADC值、FA值及DTT图是检测早期脊髓损伤微观结构的敏感指标。

【关键词】 磁共振;弥散张量成像;脊髓损伤

　　　　 Clinical application of magnetic resonance diffusion tensor imaging for spinal cord injury diagnosisCHEN Lei1， LIU Guoli2， WANG Dawei2， CHEN Yanjie2(1. Interventional Radiology Department，Longgang Central Hospital of Shenzhen， Shenzhen 518116;2.Department of Radiology， Changchun Communicable Disease Hospital， Changchun 130123， China)[ABSTRACT] Objective: To investigate the clinical application of magnetic resonance (MR) diffusion tensor imaging for spinal cord injury diagnosis. Methods: Conventional cervical magnetic resonance imaging (MRI) scanning and MR diffusion tensor imaging were performed on 54 patients with cervical spondylotic myelopathy and 42 cases of healthy volunteers as a healthy control group. Apparent diffusion coefficient (ADC) and fractional anisotropy (FA) were measured， diffusion tensor tracking (DTT) was showed in each group. Results: The average ADC value is(830.34±215.86)×106 mm2/s， the average FA value is (536.03±40.00) ×103 in control group; in contrast the average ADC value is(1 107.60±47.55)×106 mm2/s，higher than the control group with statistical significant difference(P&<0.01)， and the average FA value is (425.91 ±59.48)×103 ， lower than the control group with statistical significant difference(P&<0.01). Conclusion: MR diffusion tensor imaging can show the injury in the spinal cord at earlier stage. ADC value， FA value and DTT are sensitive indicators of the early detection of microstructure of spinal cord injury.

　　[KEY WORDS] MR; Diffusion tensor imaging; Spinal cord injury

　　脊髓损伤的发病率为(20～40)/100万，早期检测脊髓损伤及其程度，了解轴突损伤再生及再髓鞘化过程，对于脊髓损伤治疗及预后具有重要意义。常规磁共振成像(MRI)检查结果低估了脊髓损伤的程度[1]，不能准确评估脊髓的功能状态。目前有关脊髓评价和治疗效果验证主要依靠临床的主观评价，其评价缺乏客观的功能影像学标准。磁共振弥散张量成像 (diffusion tensor imaging， DTI) 技术利用多个不同方向的扩散敏感梯度对水分子的扩散方向性进行量化，已成功的应用于脑组织微观结构改变的定量分析及神经纤维束成像。DTI能够反映脊髓中的水分子扩散各向异向性的改变，从而显示脊髓的细微病理生理变化[2]。脊髓型颈椎病是中、老年人的常见病、多发病，慢性持续的压迫造成脊髓慢性受压和缺损，近期脊髓的脱髓鞘、神经元坏死和液化囊变等。本研究通过对正常人群及脊髓型颈椎病患者进行常规MRI和DTI检查，测量其表观弥散系数(ADC)、部分各项异性(FA)值，并显示其弥散张量纤维束(DTT)，通过对脊髓损伤检测敏感性、特异性、阳性预测值、阴性预测值的差异分析，探讨DTI对脊髓损伤性病变的临床应用价值。

　　1 资料与方法

　　1.1 一般资料

　　选择健康志愿者42例为对照组，男性25例，女性17例，年龄21～45岁，平均年龄37岁。所有志愿者主诉皆无身体不适，均无神经系统疾患，经神经科医生及MRI检查证实无颈椎病改变。选择颈椎病患者54例为病例组，男性35例，女性29例，主要表现为间歇性或缓慢进行性双上肢麻木、疼痛、无力，少数患者出现病变水平以下同侧肢体不完全性痉挛性瘫、肌张力增强、肌力减弱等病理反射症状。脊髓型颈椎病患者均排除肩周炎及脊髓肿瘤等其他疾患。

　　1.2 方法

　　1.2.1 常规MRI扫描 MRI检查设备使用荷兰philips公司Achieva 1.5T超导型全身磁共振扫描机，梯度场切换率为150 mT/m·ms。梯度场强度30 mT/m，线圈采用4通道全脊柱线圈，并配备图像后处理工作站。常规行矢状位T1WI，T2WI和横轴位T2WI扫描，T1WI和T2WI采用快速自旋回波序列，扫描参数T1WI:TR=500 ms，TE=15 ms;T2WI：TR=4 800 ms， TE=120 ms，层厚3 mm，间距3 mm，矩阵256×256，采集次数为3次。

　　1.2.2 DTI成像 采用单次激发平面回波序列进行脊柱矢状面扫描，扫描范围上方达延髓，最下方包括C7椎体下缘。扩散敏感梯度取6个方向，磁敏感加权系数b=0，800 s/mm2，矩阵128×128，层厚3 mm，层间距为0，层数18层。

　　1.2.3 数据和图像处理 将上述DTI图像传至philips工作站后处理，得到受检者的ADC图及FA图，分别记录ADC值， FA值，使用Diffusion registration软件对DTI原始数据进行校正，Fiber tracking软件对对受检者行DTT成像，所有数据采用SPSS11.1软件包进行统计学分析。

　　 2 结果

　　2.1 正常脊髓DTI的检测结果

　　正常MRI序列显示颈髓形态信号正常，脊髓及DTI在ADC图上呈均匀等信号，脑脊液呈高信号，在FA图上脊髓表现为均匀高信号，脑脊液为低信号，DTT图可连续均匀显示脊髓走行方向及分布情况。分别以C3/4，C4/5，C5/6三个脊髓节段测量，其中C3/4水平 ADC值为(845.65±77.61)×106 mm2/s，C4/5水平ADC值为(806.90±63.35)×106 mm2/s，C5/6水平ADC值为(838.48±74.90)×106 mm2/s，平均ADC值为(830.34±215.86)×106 mm2/s;C3/4水平 FA值为(513.65±40.41)×103，C4/5水平FA值为(526.17±36.35)×103，C5/6水平ADC值为(568.26±43.23)×103 ，平均FA值为(536.03±40.00)×103。原始图像经工作站重建显示脊髓白质纤维束。

　　2.2 病例组的常规MRI及DTI成像检测结果

　　病例组经常规MRI成像显示12例T2WI为高信号(23 %)列为A组，其脊髓T2WI异常高信号处其中C3/4水平 ADC值为(1 043.88±31.45)×106 mm2/s，C4/5水平ADC值为(1 084.57±55.32)×106 mm2/s，C5/6水平ADC值为(1 194.37±55.87)×106 mm2/s，平均ADC值为(1 107.60±47.55)×106 mm2/s，较正常平均ADC值明显升高，有统计学意义(P&<0.01);相应节段C3/4水平 FA值为(414.68±66.61)×103，C4/5水平FA值为(507.04±34.71)×103，C5/6水平ADC值为(356.00±77.12)×103 ，平均FA值为(425.91±59.48)×103，FA值明显下降，有统计学意义(P&<0.01)。

　　将常规MRI显示T2WI呈等信号的42例(77%)分为B组，在42例T2WI呈等信号的患者其中15例(36%)相应节段平均ADC值为(940.21±64.52)×106 mm2/s;平均FA值为(461.91±70.11)×103，与正常组比较无统计学差异(P&>0.05)。B组中其他27例T2WI呈等信号患者相应节段C3/4水平 ADC值为(935.58±83.29)×106 mm2/s，C4/5水平ADC值为(937.86±53.61)×106 mm2/s，C5/6水平ADC值为(947.19±56.67)×106 mm2/s，平均ADC值为(940.21±64.52)×106 mm2/s，较正常组明显增高，有统计学意义(P&<0.01);C3/4水平 FA值为(466.63±67.84)×103，C4/5水平FA值为(483.91±76.54)×103，C5/6水平ADC值为(435.20±65.94)×103 mm2/s，平均FA值为(461.91±70.11)×103，较正常组明显下降，有统计学意义(P&<0.01)。

　　常规MRI显示T2WI脊髓病变检出的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为23.44%，56.80%，21.84%和60.70%， DTI分别为76.56%，41.50%，78.20%和39.30%。

　　3 讨论

　　进行性脊髓型颈椎病常引起脊髓损伤，目前这种慢性损伤的具体发病机制尚不完全清楚，一般认为是脊髓受到持续或间歇性挤压引起慢性血流灌注不足，继之产生组织缺氧、缺血，造成脊髓灰白质神经细胞膜通透性增加、脱髓鞘、神经细胞坏死等损伤[3，4]，传统的T2WI能够显示椎间盘突出、骨质增生，韧带增厚导致的椎管狭窄程度及水平，但不能显示脊髓的微观结构改变。DTI技术能敏感地反映脊髓中水分子扩散各项异性的改变，从而提供活体脊髓的细微病理生理结构变化信息，理论上认为DTI测量所得的ADC值和FA值能反映脊髓损伤和修复期轴突再髓鞘化过程，因而正初步应用于脊髓损伤动物模型和临床研究中[5]。张劲松等[6]报道了36例健康志愿者脊髓ADC值、FA值情况，认为其为脊髓病变的早期诊断，病变程度及预后等提供了客观依据;脊髓急性损伤24～48 h内部分病例出现ADC值降低。王霄英[7]在犬急性损伤后神经前体细胞一致模型试验证实DTI检测道脊髓损伤前、后不同时期动态ADC值和FA值的变化，与脊髓损伤和修复过程病例进展具有较紧密的相关性。

　　目前对正常脊髓ADC值和FA值报道不一，尚无统一标准。根据本组资料的测量，正常成年人脊髓的平均ADC值为(830.34±215.86)×106 mm2/s，较其他学者[810]测量结果偏小;平均FA值为(536.03±40.00)×103，介于其他学者的测量结果之间。DTI诊断脊髓慢性损伤程度标准的可靠性和精确性还有待进一步临床研究。

　　常规T2WI检出脊髓性颈椎病脊髓损伤的敏感性很低，有报道[11]称脊髓慢性损伤T2WI出现异常信号多提示不可逆性损伤。本研究中常规T2WI检测脊髓型颈椎病脊髓损伤的敏感性仅为23.44%，而DTI检出的敏感性为76.56%。12例脊髓病变高信号，其DTI图像病变区均出现异常信号，ADC值明显增高，FA值降低，这说明水分子扩散增强，分子各项异性降低。42例T2WI未检出异常信号的脊髓型颈椎病中，27例DTI图像病变区显示异常信号，测量其ADC值升高，FA值降低;15例病变区DTI参考值改变差异无统计学意义，以上数据说明DTI对脊髓慢性损伤的的敏感性较常规T2WI高。

　　T2WI显示异常信号的患者其病程多为晚期，DTI能在常规T2WI未出现异常信号前发现较为早期的损伤，为临床诊断治疗赢得了时机，具有重要临床价值。本研究中，A组病例T2WI呈高信号，DTI显示病变处ADC值显著升高，平均ADC值为(1107.60±47.55)×106 mm2/s，平均FA值为(425.91 x±59.48)×103，有统计学意义，准确量化的反映了脊髓慢性损伤过程中水分子扩散增强，各项异性降低，反映了脊髓变性等病理、生理进展，Hatsuho[12]曾报道颈髓慢性损伤中ADC值升高(1 280±33)×106 mm2/s，FA值为(460 ±12)×103，与本研究相近;B组病例T2WI未见异常信号，平均ADC值(940.21±64.52)×106 mm2/s，平均FA值(461.91±70.11)×103，其中有15例(36%)与相应节段正常组平均ADC值和平均FA值比较差异无统计学意义(P&>0.05)，其他27例(64%)平均ADC值增高，FA值下降，与正常组比较差异有统计学意义(P&<0.05)。B组病例与T2WI呈高信号组比较，ADC值升高及FA值降低不显著，可推断其较T2WI高信号组脊髓损伤严重程度低。

　　本研究中DTI对于脊髓型颈椎病诊断的特异度较低(41.5%)，这可能与设定DTI后处理阈值有关系，增大阈值，特异度随之特高，敏感性就会降低，设计合理的阈值，降低假阳性也需进一步探讨。因为无法进行ADC值和FA值病理学的对照研究，ADC值及FA值作为判定脊髓损伤程度标准的可靠性和精确性尚待进一步证实，将在后续研究中深入探讨。

　　综上所述，DTI较常规MRI能更早期而准确地诊断脊髓性脊椎病颈髓慢性损伤，是显示脊髓损伤病变和观察病程的有效影像学手段，具有广泛的临床应用价值。

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